Geum.ru

Ктелекоммуникационным средствам относятся системы передачи как информации между людьми, так и сигналов телеуправления и телеметрии

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
МЕТОД ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ТКУ С УЧЕТОМ ТЕПЛОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

К телекоммуникационным средствам относятся системы передачи как информации между людьми, так и сигналов телеуправления и телеметрии. При обобщении материала результаты можно будет распространить и на другие типы РЭС.

Телекоммуникационные устройства (ТКУ) часто подвергаются высоким температурам окружающей среды, вибрациям и ударам со стороны объектов их установки, в качестве которых в докладе рассматриваются бортовые устройства авиационной, космической, морской и др. техники. От уровней тепловых и механических нагрузок ЭРЭ зависит их надежность, а, следовательно, ТКУ в целом.

Поскольку, при тепловых испытаниях ТКУ в камерах тепла, при механических испытаниях на вибростендах и ударных стендах установить датчики сразу на всех ЭРЭ невозможно, поэтому уровни температур и ускорений на них можно получить только математическим моделированием ТКУ на ЭВМ. При этом важно учесть влияние теплового воздействия на механические и электрические процессы в ТКУ.

Известные программы моделирования: ANSYS, COSMOS, PSpice и др. позволяют по-отдельности промоделировать тепловые, механические, электрические процессы в одном устройстве.

Поскольку существуют взаимосвязи между различными моделями физических процессов, требуется связать их в единую комплексную модель, чтобы рассчитывать поправки для каждой модели не вручную, а чтобы созданная программа автоматически пересчитывала их.

Предлагается метод комплексного моделирования рассматриваемых физических процессов с учетом их связи друг с другом. Чтобы связать друг с другом модели разнородных физических процессов требуется их привести к унифицированному виду. Таким видом представления разнородных процессов предлагается их представление в виде эквивалентных цепей.

Известны электротепловые, электромеханические и другие аналогии в математическом описании разнородных физических процессов. Так на Слайде 2 по строкам таблицы показаны соответствия переменных величин и параметров при математическом описании электрических, тепловых, аэродинамических и механических процессов. В первых двух строках показаны аналогии между потенциальными (1-я строка) и потоковыми величинами (2-я строка). Так, например, в 1-й строке видим, что электрический потенциал в электрической модели соответствует в тепловой модели температуре в соответствующей части конструкции, в аэродинамической – давлению в канале, в механической – перемещению. Этим переменным дано унифицированное обозначение – потенциальная переменная узла φ.

Следующие 3 строки устанавливают аналогии между параметрами ветвей эквивалентных цепей. Слева также даны унифицированные обозначения: диссипативный параметр ветви, рассеивающий энергию и консервативные параметры, соответствующие накоплению двух видов энергий, например, электрической и магнитной в электр. цепи, потенциальной и кинетической энергии в механике и т.д.

Внизу таблицы показаны математические описания, которые как видно, аналогичны друг другу.

При графическом изображении моделей в виде эквивалентных цепей эти уравнения описывают ветви соответствующих цепей. Слева дано уравнение с унифицированными обозначениями.

Слайд 3. Если для проектируемого ТКУ нарисовать на мониторе компьютера все 4 модели и провести сквозную нумерацию узлов этих моделей, то введя унифицированные обозначения переменных и параметров, получим одну объединенную модель.

Чтобы результаты моделирования соответствовали реальной взаимосвязи физических процессов друг с другом, необходимо установить связи через зависимые источники и параметры между переменными величинами одной модели с параметрами и входными воздействиями других моделей. Связи показаны стрелками.

Например, мы знаем, что при электрическом моделировании рассчитываются электрические потенциалы во всех узлах. Зная сопротивления ветвей модели можно рассчитать мощности, выделяемые на каждом элементе. Эти мощности подаются в тепловую модель в качестве входных источников. В тоже время в результате моделирования в тепловой модели получаются температуры в узлах модели, которые соответствуют температурам ЭРЭ. Зная эти температуры можно рассчитать новые параметры ЭРЭ (например, сопротивлений, емкостей и т.д.) электрической модели.

Эту модель можно решать с помощью одной программы, например, Pspice, и получить при этом потоковые переменные во всех ветвях и потенциальные переменные во всех узлах модели. Далее проводят интерпретацию результатов: смотрят, к какой модели относится полученное значение переменной, например, какого-либо узла. Если к электрической – значит, значение в узле будет иметь единицы измерения в вольтах, если к тепловой – в градусах.

На Слайде 4 представлена комплексная математическая модель.

Когда все требования по нагрузкам при моделировании будут выполнены, реальные значения нагрузок ЭРЭ используются для расчета показателей надежности. На Слайде 4 к комплексной модели физических процессов присоединена модель надежности, и результаты комплексного моделирования используются при расчете надежности по формулам, указанным на рисунке.

Таким образом, рассмотренный метод комплексного моделирования позволяет провести более точные расчеты электрических, тепловых и механических нагрузок на все ЭРЭ за счет учета взаимосвязей физических процессов.

На Слайде 5 показаны тепловые нагрузки на ЭРЭ при раздельном и комплексном моделировании. Как видно, при раздельном моделировании не выявляются перегрузки ЭРЭ (0,88), комплексное моделирование показывает, что элементы перегружены (1,1). Требуется внесение изменений в конструкцию платы.

При более точных значениях нагрузок получаются и более точные значения показателей надежности.

Данная модель и соответствующая программа для ЭВМ является развитием системы АСОНИКА.